如何计算结构体变量的大小（结构体内存对齐）

如何计算结构体变量的大小（结构体内存对齐）

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/ximiemie0525/article/details/139831908

在C语言中，结构体变量的内存对齐是一个既重要又复杂的概念。本文将详细讲解结构体的对齐规则、大小计算方法、内存浪费问题以及对齐的必要性，通过具体的步骤和实例帮助读者深入理解这一知识点。

一、对齐规则

1. 结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处。
2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。

• 对齐数 = 编译器默认的一个对齐数与该成员变量大小的较小值
• VS 中默认的值为 8
• Linux中gcc没有默认对齐数，对齐数就是成员自身的大小

3. 结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。
4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体成员对齐到自己的成员中最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体中成员的对齐数）的整数倍。

二、结构体大小计算三步曲

我们以以下结构体为例说明（vs环境）：

struct S3
{
    char c;
    double d;
    int i;
};

第一步：确定对齐数

找出每个成员变量的大小将其与编译器的默认对齐数相比较，取其较小值为该成员变量的对齐数。

第二步：根据对齐数确定每个成员相对位置

结构体变量地址为零下标，结构体的第一个成员对齐到和结构体变量起始位置偏移量为0的地址处，其他成员变量要对齐到对齐的整数倍的地址处。

第三步：通过最大对齐数来确定结构体最终大小

结构体总大小为最大对齐数（结构体中每个成员变量都有一个对齐数，所有对齐数中最大的）的整数倍。

看上图：紫色部分（double d成员占用）+红色部分（char c成员占用）+绿色部分（int i成员占用）+红色与紫色之间的白色部分总共占用了20个字节的内存空间。而20并非最大对齐数8的整数倍，那么取8大于20的最小整数倍24为结构体最终大小。

三、内存浪费

由于对齐规则的存在，导致结构体虽然成员变量相同，但很可能会出现结构体大小不同的情况造成内存浪费。

我们可以在构建结构体时，将每个成员变量的间隙在保证符合对齐规则的情况下尽量减小，这是一种合理且推荐使用的方法。

当然也可以使用#pragma pack( )的预处理来修改默认对齐数以达到减小空隙的效果，但是不推荐。详细见：C语言中#pragma pack(1)的用法_#pack(1)-CSDN博客

#include <stdio.h>
#pragma pack(4)//设置默认对齐数为4
struct S1
{
    double a;//8/4->4
    int b;//4/4->4
    char c;//1/4->1
};//12
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
#pragma pack(1)//设置默认对齐数为1
struct S2
{
    char a;//1/1->1
    int b;//4/1->1
    char c;//1/1->1
};//6
#pragma pack()//取消设置的默认对齐数，还原为默认
int main()
{
    printf("%d\n", sizeof(struct S1));//打印结果为16
    printf("%d\n", sizeof(struct S2));//打印结果为6
    return 0;
}

四、为什么要存在内存对齐

1. 平台原因(移植原因)：

• 不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的；
• 某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常。

2. 性能原因：

• 数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。
• 原因在于，为了访问未对齐的内存，处理器需要作两次内存访问；而对齐的内存访问仅需要一次访问。
• 假设一个处理器总是从内存中取8个字节，则地址必须是8的倍数。
• 如果我们能保证将所有的double类型的数据的地址都对齐成8的倍数，那么就可以用一个内存操作来读或者写值了。否则，我们可能需要执行两次内存访问，因为对象可能被分放在两个8字节内存块中。

总体来说：结构体的内存对齐是拿空间来换取时间的做法。